Физические силы влияют на устойчивость бактерий к токсинам

Случайный разговор двух исследователей из Корнелла на детском дне рождения привёл к сотрудничеству и новому пониманию того, как бактерии сопротивляются токсинам. Это может привести к созданию новых инструментов в борьбе с вредными инфекциями.

Хотя известно, что физические силы влияют на рост и выживание клеток в нашем организме, роль этих сил у прокариот — одноклеточных организмов, включая бактерии, — была мало изучена.

Кристофер Эрнандес, доцент Школы машиностроения и аэрокосмической техники Сайбли, предложил идею микрофлюидного устройства, которое подвергало бы отдельные бактерии воздействию известных величин силы и механической деформации. Но он не знал способов измерить эффекты — до случайной встречи с Пэном Ченом, профессором Питера Дж.В. Дебая на химическом факультете Колледжа искусств и наук.

Чен разработал метод мечения и наблюдения за специфической молекулой, которая выкачивает токсины из внутренней мембраны определённых бактерий. Объединив идеи, исследователи убедительно показали, что механические нагрузки могут нарушать способность бактерий выживать при воздействии токсинов.

Их статья "Механический стресс нарушает мультикомпонентные эффлюксные комплексы у бактерий" опубликована 26 ноября в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Грам-отрицательные бактерии характеризуются двойной клеточной оболочкой и способностью собирать молекулярные насосы для избавления от токсичных веществ, включая антибиотики, которые проникают в клетку.

Исследование Эрнандеса и Чена показало, что когда бактерии E. coli помещали в микрофлюидное устройство и заставляли течь в очень узкие пространства, возникающих механических напряжений было достаточно, чтобы вызвать распад этих насосов и остановить их работу.

"Это одно из первых исследований, посвящённых механобиологии бактерий. Наши данные свидетельствуют, что бактерии похожи на другие типы клеток тем, что реагируют на механические силы через молекулярные комплексы", — сказал Эрнандес.

"Наша работа показывает, что можно нарушить насосный комплекс бактерий механическими средствами, и это может дать нам новый инструмент для усиления лечения бактериальных заболеваний", — сказал Чен.

Методология, созданная Эрнандесом и Ченом, может использоваться для изучения самых разных структур, функций и поведения прокариотических клеток.

"Это творческое совместное исследование, использующее возможности биологии одиночных молекул, даст Армии лучшее фундаментальное понимание не только клеточных особенностей, поддерживающих жизнь микробов, но и того, как механический стресс на клеточном уровне может контролировать жизнеспособность бактерий, предоставляя тем самым новый потенциальный способ контроля бактериальных инфекций", — сказал Роберт Кокошка, руководитель программы по микробиологии в Армейском исследовательском управлении.